OLEDs und PLEDs
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10. OLEDs and PLEDs Inhalt 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 10.10 10.11 10.12 Historische Entwicklung Elektrolumineszente Moleküle Aufbau von OLEDs und PLEDs Funktionsprinzip einer OLED Lumineszenz von Metallkomplexen Iridiumkomplexe Weiße OLEDs PLEDs - Aufbau Funktionsweise einer PLED Polymer LED Spektren Entwicklung der Lebensdauer von PLEDs Anwendungsgebiete Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 1 10.1 Historische Entwicklung Einige Meilensteine • 1953: Beobachtung von Elektrolumineszenz an Acridin-Orange • 60er Jahre: Untersuchungen an Anthracenkristallen • 1987: Lumineszierende Komplexe: Al-8-Hydroxychinolinat „Alq3“ • 1990: Lumineszierende Polymere: Poly(p-phenylenvinyliden) „PPV“ • 2009: Universal Display Corp. Novaled/TU Dresden Konica Kodak 102 lm/W 90 lm/W 64 lm/W 56 lm/W Lit.: M. Dreußen, H. Bässler, Chemie in unserer Zeit 31 (1997) 76 Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 2 10.2 Elektrolumineszente Moleküle Anthracen [Al(8-hydroxychinolinat)3] (Alq3) Polyphenylvinyliden (PPV) Eu-Komplexe O O O O Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel O O Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 3 10.3 Aufbau von OLEDs und PLEDs Licht Substrat - + Getter Metallkontakt Einschmelzung Abdeckung ITO Metallkathode Organische Schichten Schichtpräparation durch • Aufdampfen (Sublimation) der organischen Komponenten und Metalle • Spin-coating von Lösungen Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 4 10.4 Funktionsprinzip einer OLED Schematischer Aufbau Lochleiter Elektronenleiter Emitter (Organische Leuchtstoffe) Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 5 10.4 Funktionsprinzip einer OLED Ladungstransport hole (Al) electron + + and Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 6 Fluoreszenz Phosphoreszenz Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel t gle let Experimentell bestimmter Anteil von Singletts für Alq3 basierte OLEDs = 22 3% Lit.: M.A. Baldo, et.al., Phys. Rev. B (1999) si n trip LiF 10.4 Funktionsprinzip einer OLED Energiefluss hole electron + Ligandzentriertes Triplett 3LC or 1MLCT t gle sin t ple tri 3MLCT “State mixing” Lumineszenz S0 Grundzustand Starke Spin-Bahn-Kopplung mischt Singulett und Triplett MLCT Zustände, M = Ir, Pt, Os, Re, etc. MLCT = Metal to Ligand Charge Transfer, LC = Ligandenzentriert Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 7 10.5 Lumineszenz von Metallkomplexen Termschema für Eu3+-Komplexe ISC 3 CT 5 D2 Absorption (Ligand) • 1 1* • 1* 3* 5 D1 5 D0 h nr Ligand-Metall Energietransfer • 3 5D1, 5D0 (Eu3+) Emission (Metall) • 5D0 (Eu3+) 7FJ (Eu3+) • 5D1 und 5D2 sind durch Elektron-Phonon-Kopplung gelöscht nr ISC = Intersystem Crossing 7F J Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 8 10.6 Iridiumkomplexe [Ir(ppy)3] ppy = Phenylpyridin [(4,6-F2ppy)2Ir(pic)] pic = Picolinat [(pch)2Ir(acac)] pch = Phenylchinolin acac = Acetylacetonat Emissionsspektrum von Iridium-Komplexen • MLCT und 3-* Übergänge • Lage des HOMOs und damit der Emissionsbanden läßt sich durch die Liganden und durch Substituenten an den Liganden steuern Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 9 10.6 Iridiumkomplexe [(4,6-F2-ppy)2Ir(L)] - Photolumineszenz und Farbpunkte N Ir F O O (ppy)2Ir(acac) (F2-ppy)2Ir(acac) H,F 2 2 F (F2-ppy)2Ir(pic) 0,8 PL Intensität [a.u.] N Ir H,F 1,0 N O 0,6 0.8 0,4 1 0.6 ppy2Ir(acac) 0,2 2 0.4 (F2ppy)2Ir(acac) 0,0 450 500 550 600 650 3 0.2 (F2ppy)2Ir(pic) Wellenlänge [nm] 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 x Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 10 0.8 O 10.7 Weiße OLEDs - Optionen 0,8 Emitter Fluoreszent Farbe Effizienz Lebensdauer 0,7 R + ++ G + ++ B + + 0,4 R ++ + 0,3 G ++ + 0,6 0,5 0,2 Phosphoreszent 0,1 B + o 0,0 0,0 Erwartete externe Quantenausbeute ohne jede Lichtauskoppelstruktur Fluoreszent RGB 5-10% Phosphoreszent RGB 20% Hybrid: 16% B Fluoreszent R + G Phosphoreszent Quelle: Philips Lighting Aachen Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Al n-EIL ETL Matrix: Blau Matrix: Grün Matrix: Rot HTL p-HIL ITO Substrat Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 11 0,7 0,8 10.7 Weiße OLEDs - Lichtauskopplung Externe Strahlung: Maximal ca. 20 - 30% Glassubstrat Organische Schichten Emittermolekül Kathode (Spiegel) Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Geleitete Lichtleitung Moden Quelle: Philips Lighting Aachen Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 12 10.8 Polymer LEDs - Aufbau O O n Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Poly(dialkoxy-pphenylenevinylen) Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 13 10.9 Funktionsweise einer PLED 1: Injektion Ca - PPV 2: Intrachain Transport - + + ITO Glas 3: Interchain Transport Glas Ca 4: Rekombination PPV - + Glas Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel ITO -+ Glas Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 14 10.10 Polymer LED Spektren Emissionsspektren einiger elektrolumineszenter Polymere 8000 Augenempfindlichkeitskurve EL intensity [a.u.] 6000 4000 2000 0 450 500 550 600 650 700 750 800 W avelength [nm ] Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 15 10.11 Entwicklung der Lebensdauer von PLEDs Lebensdauer [h] 100000 10000 Room temperature 70 Celcius 1000 100 10 1 1993 1995 Daten für 20 cd/m2 Helligkeit 1997 1999 2001 Jahr Degradation durch O2 und H2O Diffussionsdichte Verkapselung notwendig Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 16 10.12 Anwendungsgebiete Flexible Displays ohne Hintergrundbeleuchtung • Bildschirme in Rasierern • Digitalkamera • Warnhinweisschilder • OLED-TV • Leuchtpanele • Smartphones Philips Lumiblade Inkohärente Lichtquellen Prof. Dr. T. Jüstel Kapitel OLEDs und PLEDs Folie 17
